JP2000088540A - ３次元入力方法及び３次元入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】参照光の入射角度情報によらない３次元入力を
実現し、入射角度情報を得るための演算を不要にすると
ともに、投射角度情報と比べて入射角度情報の精度が低
い場合における３次元データの精度の向上を図る。 【解決手段】第１の起点Ａから物体Ｑに向かって第１の
角度θＡで参照光を投射するとともに、第１の起点と離
れた第２の起点Ｂから物体Ｑに向かって第２の角度θＢ
で参照光を投射し、第１及び第２の起点Ａ，Ｂを一方向
に移動させて仮想面ＶＳに対する副走査を行い、第１及
び第２の起点Ａ，Ｂのそれぞれについて、物体Ｑで反射
した参照光が仮想面を細分化した各サンプリング区画を
通過する時点ＴＡ，ＴＢを検出し、検出した各時点Ｔ
Ａ，ＴＢにおける第１及び第２の起点Ａ，Ｂの位置と第
１及び第２の角度θＡ，θＢとに基づいて、各サンプリ
ング区画毎に物体Ｑの位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体に参照光を投
射して物体を走査し、物体形状を特定するデータを得る
３次元入力方法及び３次元入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンジファインダと呼称される非接触型
の３次元入力装置は、接触型に比べて高速の計測が可能
であることから、ＣＧシステムやＣＡＤシステムへのデ
ータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識などに利用さ
れている。

【０００３】レンジファインダに好適な計測方法として
スリット光投影法（光切断法ともいう）が知られてい
る。この方法は、物体を光学的に走査して距離画像（３
次元画像）を得る方法であり、特定の参照光を投射して
物体を撮影する能動的計測方法の一種である。距離画像
は、物体上の複数の部位の３次元位置を示す画素の集合
である。スリット光投影法では、参照光として投射ビー
ムの断面が直線帯状であるスリット光が用いられる。走
査中のある時点では物体の一部が照射され、撮像面には
照射部分の起伏に応じて曲がった輝線が現れる。したが
って、走査中に周期的に撮像面の各画素の輝度をサンプ
リングすることにより、物体形状を特定する一群の３次
元データを得ることができる。

【０００４】従来においては、撮像面内の輝線の位置に
基づいて物体で反射して撮像面に入射したスリット光の
入射角度を求め、その入射角度と当該スリット光の投射
角度と基線長（投射の起点と受光基準点との距離）とか
ら三角測量の手法で物体の位置を算出していた。つま
り、参照光の投射方向と受光方向とに基づく位置演算が
行われていた。

【０００５】なお、レンジファインダにおいて、撮像の
画角を調整するズーミングが実現されている。また、撮
像面の輝度のサンプリングにおいて、１回のサンプリン
グの対象を撮像面全体ではなく参照光が入射すると予想
される一部の領域に限定し、その領域をサンプリング毎
にシフトさせる手法が知られている。これによれば、サ
ンプリングの１回当たりの所要時間を短縮して走査を高
速化することができ、データ量を削減して信号処理系の
負担を軽減することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来においては、３次
元入力データの精度が撮像情報に基づいて特定される参
照光の入射角度の精度に依存し、このために十分に高い
精度の３次元入力データが得られなかったり、精度を確
保するために複雑な演算が必要となったりするという問
題があった。例えば、ミラーを用いて間接的に物体を撮
像する場合には、ミラーの面精度及び取付け姿勢の影響
を受けるので、直接的に撮像する場合と比べて入射角度
の精度が低下する。また、ズーミング機能やフォーカシ
ング機能を設けた場合には、可動レンズの停止位置毎に
微妙に異なるレンズ歪み補正を行わなければならない。
補正内容を設定するためにズーム段を切り換えて測定を
行ったり、測定結果から他のズーム段の補正内容を推測
したりする処理が必要になることもある。

【０００７】本発明は、参照光の入射角度情報によらな
い３次元入力を実現し、入射角度情報を得るための演算
を不要にするとともに、投射角度情報と比べて入射角度
情報の精度が低い場合における３次元データの精度の向
上を図ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、互い
に離れた２以上の位置のそれぞれを起点として物体に対
する参照光の投射を行い、起点間の距離と各起点からの
投射の角度（投光の起点と受光の主点とを結ぶ直線に対
する傾き）とから三角測量の手法で物体の位置を算出す
る。その際に物体の走査における副走査方向について投
射の角度を固定し、両起点を一方向に移動させることに
よって副走査を行う。各起点からの投射の物体上の照射
位置の一致確認に物体の撮像情報を用いる。ただし、撮
像における視線方向（参照光の入射角度）の情報は用い
ない。各起点からの投射を順に行ってもよいし、同時に
行ってもよい。順に行う場合には各起点から同じ波長の
参照光を投射してもよい。同時に行う場合には、波長や
点滅周期などの異なる互いに識別可能な複数種の参照光
を用いる。

【０００９】請求項１の発明の方法は、物体に向かって
仮想面を走査するように参照光を投射する３次元入力方
法であって、第１の起点から前記物体に向かって第１の
角度で参照光を投射するとともに、前記第１の起点と離
れた第２の起点から前記物体に向かって第２の角度で参
照光を投射し、前記第１及び第２の起点を一方向に移動
させて前記仮想面に対する副走査を行い、前記第１及び
第２の起点のそれぞれについて、前記物体で反射した参
照光が前記仮想面を細分化した各サンプリング区画を通
過する時点を検出し、検出した各時点における前記第１
及び第２の起点の位置と前記第１及び第２の角度とに基
づいて、前記各サンプリング区画毎に前記物体の位置を
算出するものである。

【００１０】請求項２の発明の装置は、物体に向かって
仮想面を走査するように参照光を投射し、前記物体上の
複数の部位の位置を特定する３次元データを出力する３
次元入力装置であって、第１の起点から前記物体に向か
って第１の角度で参照光を投射するとともに、前記第１
の起点と離れた第２の起点から前記物体に向かって第２
の角度で参照光を投射する投光系と、前記第１及び第２
の起点を一方向に移動させる副走査機構と、物体で反射
した参照光を受光して電気信号に変換する撮像系と、前
記電気信号に基づいて、前記第１及び第２の起点のそれ
ぞれについて、前記物体で反射した参照光が前記仮想面
を細分化した各サンプリング区画を通過する時点を検出
する信号処理手段とを備え、前記信号処理手段の検出し
た各時点における前記第１及び第２のそれぞれの位置に
応じたデータを、前記３次元データとして出力するもの
である。

【００１１】請求項３の発明の３次元入力装置におい
て、前記投光系は、前記第１及び第２の起点のそれぞれ
からの投射に個別に用いる２個の光源を有する。請求項
４の発明の３次元入力装置において、前記投光系は、参
照光を射出する光源と、参照光の投射の角度を変更する
ため光学部材とを有する。

【００１２】請求項５の発明の３次元入力装置におい
て、前記第１の角度は鋭角であり、前記第２の角度は鈍
角である。請求項６の発明の３次元入力装置において、
前記第１の角度と前記第２の角度との和は１８０度であ
る。

【００１３】請求項７の発明の３次元入力装置におい
て、前記第１の角度は９０度である。請求項８の発明の
３次元入力装置において、前記参照光はスリット光であ
り、前記投光系は、前記仮想面を第１方向に走査するよ
うに前記参照光を投射するとともに、前記仮想面を前記
第１方向と直交する第２方向に走査するように前記参照
光を投射する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は第１実施形態に係る３次元
入力装置１の機能ブロック図である。３次元入力装置１
は、同一構成の２個の投光機構１１，１２からなる投光
系１０と、投光機構１１，１２を一方向に移動させるた
めの直線移動機構１７と、ズーミング及びフォーカシン
グの可能な撮像系２０とを有している。

【００１５】投光機構１１は、光源としての半導体レー
ザ１１１、及びスリット光を投射するためのレンズ群１
１２からなる。レンズ群１１２は、コリメータレンズと
シリンドリカルレンズとで構成される。同様に投光機構
１２も半導体レーザ１２１、、及びレンズ群１２２から
なる。半導体レーザ１１１，１２１の発光制御、及び直
線移動機構１７の駆動制御は、投光制御回路３２が行
う。

【００１６】撮像系２０は、受光レンズ２１、ビームス
プリッタ２２、物体Ｑの形状を表す距離画像を得るため
のイメージセンサ２４、モニター用のカラーイメージセ
ンサ２５、及びレンズ駆動機構２６からなる。ビームス
プリッタ２２は、半導体レーザ１１１，１２１の発光波
長域の光と可視光とを分離する。イメージセンサ２４及
びカラーイメージセンサ２５はＣＣＤエリアセンサであ
る。ただし、ＣＭＯＳエリアセンサをカラーイメージセ
ンサ２５として使用してもよい。イメージセンサ２４の
出力はＡ／Ｄ変換器３５で受光データＤ３５に変換さ
れ、逐次にメモリ回路３７に転送される。メモリ回路３
７では受光データＤ３５の値に応じて後述の投射位置
Ａ，Ｂを特定するデータ（ＴＡ，ＴＢ）が記憶される。
カラーイメージセンサ２５の出力はＡ／Ｄ変換器３６で
受光データに変換され、カラー画像メモリ３８によって
逐次に記憶される。メモリ回路３７及びカラー画像メモ
リ３８のアドレス指定はメモリ制御回路３９が担う。

【００１７】３次元入力装置１を制御するＣＰＵ３１
は、制御対象に適時に指示を与えるとともに、メモリ回
路３７からデータを読み出して距離画像データを得る演
算を行う。距離画像データは適時に３次元データとして
図示しない外部装置に出力される。その際、カラー画像
メモリ３８によって記憶されている２次元カラー画像も
出力される。外部装置としては、コンピュータ、ディス
プレイ、記憶装置などがある。

【００１８】図２は投射の模式図、図３は距離画像デー
タの生成要領を説明するための図である。３次元入力装
置１は、起点Ａから仮想面ＶＳに向って一定の投射角度
（θＡ）でスリット光Ｕ１を投射する。そして、投射角
度を保って起点Ａを一方向に移動させることによって仮
想面ＶＳを走査する。スリットの長さ方向が主走査方向
であり、起点Ａの移動方向が副走査方向である。また、
起点Ｂからも仮想面ＶＳに向かって一定の投射角度（θ
Ｂ）でスリット光Ｕ２を投射し、投射角度を保って起点
Ｂを一方向に移動させることによって仮想面ＶＳを走査
する。仮想面ＶＳは、イメージセンサ２４で撮像可能な
空間（画角内の範囲）の奥行き方向と直交する断面に相
当する。この仮想面ＶＳのうちのイメージセンサ２４に
おける各画素ｇに対応した範囲が、３次元入力のサンプ
リング区画となる。図２においては、起点Ａ、起点Ｂ、
及び受光の主点Ｃが一直線上に配置されている。ここで
は、起点Ａ，Ｂが垂直方向に沿って並び、スリット光Ｕ
１，Ｕ２のスリット長さ方向を水平方向とする。

【００１９】物体Ｑの３次元入力の概要は次のとおりで
ある。イメージセンサ２４によるフレーム周期の撮像に
同期させて起点Ａを一定速度で移動させる。イメージセ
ンサ２４の各画素が、刻々と副走査方向（垂直方向）に
移動していくスリット光Ｕ１のどの時点の投射により照
らされたかを検知する。スリット光Ｕ１の投射された物
体をイメージセンサ２４で撮像し、そのＩ×Ｊ個の画素
ｇのうちのｉ列ｊ行の画素ｇ_ijの出力に注目すると、画
素ｇ_ijに対応した点Ｐをスリット光Ｕ１が通過する際に
その出力が最大値となる。つまり、画素ｇ_ijの出力がピ
ークを示す時刻ＴＡの起点Ａ_ijの空間座標と既知である
スリット光Ｕ１の投射角度θＡ（図３参照）とによって
特定される平面上に点Ｐが存在することになる。同様
に、起点Ｂからの投射を行ったときには、画素ｇ_ijの出
力が最大となる時刻ＴＢの起点Ｂ_ijの空間座標と既知で
あるスリット光Ｕ２の投射角度θＢとによって特定され
る平面上に点Ｐが存在することになるので、これら２つ
の平面の交線上に点Ｐの存在が規定されることになる。
したがって、投射角度θＡ，θＢ及び起点Ａ，Ｂ間の距
離（基線長）Ｌに基づいて、三角測量の原理を適用し
て、起点Ａ，Ｂを通る基線と点Ｐとの奥行き方向の距離
Ｄを算出することができ、起点Ａ，Ｂと点Ｐとの垂直方
向及び奥行き方向の相対位置を特定することができる。

【００２０】以上の処理を各画素ｇについて行えば、物
体Ｑについて画素数分のサンプリング点の位置情報が得
られる。本実施形態の構成では水平方向の位置は未定で
あるが、３次元データの用途によっては、奥行き情報が
重要であり水平方向の位置はさほど重要ではないことも
ある。水平方向についてはおおよその位置でよい場合で
あれば、簡易的に画素位置から算出することができる。
また、後述のように水平方向にスリット光Ｕ３を移動さ
せれば、水平方向の位置も正確に測定することが可能と
なる。

【００２１】次に、画素ｇ_ijの出力が最大となる時刻Ｔ
Ａ，ＴＢを検出するための回路の具体的な構成を説明す
る。図４はメモリ回路の第１例のブロック図である。

【００２２】例示のメモリ回路３７は、２個のメモリ３
７１，３７６、比較器３７７、及びインデックスジェネ
レータ３７８から構成されている。メモリ３７１は、投
光機構１１による第１の走査に際して用いるメモリバン
ク３７１Ａと、投光機構１２による第２の走査に際して
用いるメモリバンク３７１Ｂとを有している。同様に、
メモリ３７６も２個のメモリバンク３７６Ａ，３７６Ｂ
を有している。

【００２３】メモリ３７１にはＡ／Ｄ変換器３５から受
光データＤ３５が入力され、メモリ３７６にはインデッ
クスジェネレータ３７８からフレーム番号Ｔが入力され
る。。比較器３７７は、イメージセンサ２４の画素毎に
最新の入力データであるｔ番目のフレームの受光データ
Ｄ３５と以前にメモリ３７１に書き込まれた受光データ
Ｄ３５とを比較し、最新の受光データＤ３５が以前の受
光データＤ３５より大きい場合にメモリ３７１，３７６
に対して書込みを許可する。これを受けて各メモリ３７
１，３７６は最新の入力データの上書きを行う。比較結
果が逆の場合は各メモリ３７１，３７６において以前の
記憶内容が保持される。したがって、各走査が終了した
時点において、メモリ３７１は各画素ｇ_ij毎に受光デー
タＤ３５の最大値を記憶し、メモリ３７６は各画素ｇ_ij
毎に受光データＤ３５が最大となったフレームの番号Ｔ
を記憶することになる。各フレームの撮像は一定周期で
行われるので、フレーム番号Ｔは走査期間中の時刻（走
査開始からの経過時間）を表す。つまり、メモリ３７６
が記憶するフレーム番号Ｔは上述の時刻ＴＡ，ＴＢに相
当し、起点Ａ，Ｂの位置を特定する情報である。

【００２４】この例によれば、比較的に簡単な回路構成
によって起点Ａ，Ｂの位置を検知することができる。た
だし、起点Ａ，Ｂの位置検知の分解能はイメージセンサ
２４の画素ピッチに依存する。分解能の向上を図ったも
のが次の第２例である。

【００２５】図５はメモリ回路の第２例のブロック図、
図６は撮像面における輝度分布と受光データとの関係を
示す図である。図５において図４に対応した要素には図
４と同一の符号を付してある。

【００２６】第２例のメモリ回路３７ｂは、メモリ３７
１に加えてそれと同サイズの４個の２個のメモリ３７
２，３７３，３７４，３７５を設け、計４個の１フレー
ムディレイメモリ３７９ａ〜ｄを介在させて各メモリ３
７２〜３７５のデータ入力をメモリ３７１に対して順に
１フレームずつ遅らせるように構成したものである。す
なわち、メモリ回路３７ｂでは、各画素ｇ_ijについて連
続した５フレームの受光データＤ３５が同時に記憶され
る。比較器３７７は、入力が２フレーム遅れの第３番目
のメモリ３７３の入力と出力を比較する。メモリ３７３
の入力データ値が出力データ値（以前に書き込まれたデ
ータ値）より大きい場合に、メモリ３７１〜３７５及び
メモリ３７６の書込みが許可される。

【００２７】各走査が終了した時点において、メモリ３
７３は各画素ｇ_ij毎に受光データＤ３５の最大値を記憶
することになる。また、メモリ３７１，３７２，３７
４，３７５によって、受光データＤ３５が最大となった
フレームの２つ前、１つ前、１つ後、２つ後の計４フレ
ームの受光データＤ３５が記憶されることになる。そし
て、メモリ３７６は、各画素ｇ_ij毎に受光データＤ３５
が最大となったフレームの番号Ｔを記憶することにな
る。

【００２８】ここで、図６（ａ）のように、撮像面に結
像したスリット光像の幅が５画素分であり、輝度分布が
単一峰の山状であるものとする。このとき、１つの画素
ｇ_ijに注目すると、図６（ｂ）のように輝度分布に応じ
た変化の受光データが得られる。したがって、メモリ３
７１〜３７５に記憶されている５フレーム分の受光デー
タＤ３５に基づいて重心演算を行うことにより、フレー
ム周期（つまり画素ピッチ）よりも細かな刻みで時刻Ｔ
Ａ，ＴＢを算出することができる。図６（ｂ）の例で
は、時刻ＴＡ（ＴＢ）はｔ回目と（ｔ＋１）回目のサン
プリング時刻間にある。

【００２９】この第２例によれば分解能が向上するが、
輝度分布によっては所望の精度が得られないという問題
がある。すなわち、実際の撮像では、光学系の特性など
に起因して結像に何らかのノイズが加わる。このため、
輝度分布に複数のピークが生じたり、平坦でピークの不
明瞭な輝度分布となったりする。輝度分布が理想形状か
ら大きく外れると、重心演算の信頼性が低下する。

【００３０】このようなノイズの影響は、輝度の最大値
が得られたフレームとその前後の各数フレームを合わせ
た程度の短い期間ではなく、十分に長い期間の輝度分布
に基づいて重心演算を行うことによって低減することが
できる。それを実現するのが次の第３例である。

【００３１】図７はメモリ回路の第３例のブロック図、
図８は図７に係る重心の概念図である。第３例のメモリ
回路３７ｃは、メモリ３７１０、定常光データ記憶部３
７２０、減算部３７３０、第１加算部３７４０、第２加
算部３７５０、及び除算部３７６０から構成され、各画
素ｇ_ij毎にフレーム数分の受光データＤ３５に基づいて
重心（時間重心）を算出する。

【００３２】メモリ３７１０は、２個のバンクを有し、
順に行われる第１及び第２の走査で得られた所定数ｋの
フレームの受光データＤ３５を記憶する。各画素ｇ_ijの
Ｔ番目（Ｔ＝１〜ｋ）のフレームの受光データ値をｘ_T
と表す。定常光データ記憶部３７２０は、スリット光Ｕ
１，Ｕ２以外の不要入射光量を表す定常光データを記憶
する。定常光データはスリット光Ｕ１，Ｕ２が入射して
いないときの受光データＤ３５に基づいて算出される。
その値ｓは、予め定めた固定値でもよいし、受光データ
Ｄ３５を用いてリアルタイムで求めてもよい。固定値と
する場合には、受光データＤ３５が８ビット（２５６階
調）である場合に、例えば「５」「６」又は「１０」な
どとする。減算部３７３０は、メモリ３７１０から読み
出された受光データＤ３５の値ｘ_T から定常光データの
値ｓを差し引く。ここで、減算部３７３０からの出力デ
ータの値をあらためてＸ_T とする。第１加算部３７４０
は、画素ｇ_ij毎にｋ個の受光データＤ３５について、そ
れぞれの値Ｘ_T とそれに対応したフレーム番号Ｔとの乗
算を行い、得られた積の合計値を出力する。第２加算部
３７５０は、画素ｇ_ij毎にｋ個の受光データＤ３５の値
Ｘ_T の総和を出力する。除算部３７６０は、第１加算部
３７４０の出力値を第２加算部３７５０の出力値で除
し、得られた重心を時刻ＴＡ（又はＴＢ）として出力す
る。

【００３３】図９は投射角度の設定例を示す図である。
投射角度θＡ，θＢ及び起点Ａ，Ｂの移動範囲は、物体
Ｑの大きさと装置サイズとの関係に応じて物体上の点Ｐ
を異なる方向から照射できるように選定される。選定に
際してはオクルージョンの低減を考慮するのが望まし
い。ここで、起点Ａ，Ｂを通る直線に対する右回りの角
度を投射角度とすると、図９（ａ）では投射角度θＡは
鋭角であり、投射角度θＢは鈍角である。図９（ｂ）で
は投射角度θＡ，θＢの和が１８０°である。つまり、
起点Ａと起点Ｂと点Ｐとが投射角度θＡ，θＢを等角と
する２等辺三角形を形成する。図９（ｃ）では投射角度
θＢが９０°である。

【００３４】図１０は単一光源の場合の投射角度の切換
え方法を示す図である。図１の構成は起点Ａ，Ｂ毎に光
源を設けるものであったが、１個の光源で互いに異なる
投射角度の投射を行うことができる。

【００３５】図１０（ａ）のように、光源１９１及びレ
ンズ群１９２で得られたビームをミラー１９３で反射さ
せて物体に投射する。ミラー１９３を回動させれば任意
の投射角度を設定することができる。この場合、ミラー
１９３を物体に対して相対移動させて副走査を行う。相
対移動の位置範囲は投射角度によって異なるようにす
る。ミラー１９３とともに、レンズ群１９２を、又は光
源１９１及びレンズ群１９２を相対移動させてもよい。

【００３６】また、図１０（ｂ）のように、一対のプリ
ズムを有した屈折ユニット１９５とプリズム移動機構１
９８とを用いることで、少なくとも３通りの投射角度の
切換えが可能となる。

【００３７】図１１は第２実施形態に係る３次元入力装
置２の概略図、図１２は第２実施形態に係る３次元入力
装置２の機能ブロック図である。図１２及び以下の各図
において図１と同一の符号を付した構成要素の機能は上
述の３次元入力装置１と同一である。

【００３８】第２実施形態は、スリット光ではなくビー
ム断面が点状のスポット光を投射し、１次元のイメージ
センサ（ラインセンサ）を用いて撮像を行うものであ
る。図１１のように、３次元入力装置２は、投光系と撮
像系とを有した光学系４１、支持フレーム４２、及び物
体載置台４３を備えている。光学系４１は物体載置台４
３の上方に配置され、投光起点の移動方向Ｍ３と直交す
る方向Ｍ４に直線移動可能に設けられている。

【００３９】また、図１２のように、３次元入力装置２
の投光系１０ｂは２個の投光機構１５，１６からなる。
投光機構１５は、半導体レーザ１５１、及びコリメータ
レンズ１５２からなる。同様に投光機構１６も半導体レ
ーザ１６１、及びコリメータレンズ１６２からなる。

【００４０】撮像系２０ｂは、受光レンズ２１、レンズ
駆動機構２６、赤外カットフィルタＦ１、バンドパスフ
ィルタＦ２、フィルタ切換え機構２８、及び３次元入力
とモニター撮影とに兼用のイメージセンサ２７からな
る。イメージセンサ２７は、ＲＧＢの各色に対応した画
素列を有する３ラインＣＣＤセンサである。モニター撮
影のときには赤外カットフィルタＦ１を用いる。また、
３次元入力のときにはレーザ波長域の光を透過させるバ
ンドパスフィルタＦ２を用い、イメージセンサ２７のＲ
の画素列の出力のみを受光情報として用いる。

【００４１】スポット光Ｖ１，Ｖ２による場合も、時刻
ＴＡ，ＴＢを検出することにより、物体Ｑ上の点Ｐの位
置を算出することができる。その原理はスリット光Ｕ
１，Ｕ２による場合と同様であるので、ここではその説
明を省略する。

【００４２】３次元入力装置２においては、投光機構１
５を用いて１ライン分の画素の時刻ＴＡを示す１次元の
重心画像を求め、投光機構１６を用いて１ライン分の画
素の時刻ＴＢを示す１次元の重心画像を求めると、光学
系４１を所定量ｄだけ移動させる。この動作をＮ回繰り
返すことにより、物体Ｑの外面の所定範囲にわたる３次
元入力を行う。信号処理回路にはＮ回分のデータ記憶が
可能な容量のメモリを設けられている。何回目の走査の
データであるからn ×ｄというかたちで移動方向成分が
求められるので、測定対象物の空間上での３次元データ
が得られることになる。

【００４３】図１３は第３実施形態に係る３次元入力装
置３の機能ブロック図、図１４は図１３に係る投射の模
式図である。第３実施形態は、スリット光Ｕ３による水
平方向の走査を可能にし、物体Ｑ上の点Ｐの水平方向の
位置を正確に特定できるようにしたものである。

【００４４】３次元入力装置３は、投光系１０ｃ及びそ
の制御に係わる部分を除いて図１の３次元入力装置１と
同様である。３次元入力装置３の投光系１０ｃは、投光
機構１１，１２と、水平方向の走査のための投光機構１
３とから構成されている。投光機構１３を、投光機構１
１，１２の移動方向Ｍ１と直交する方向Ｍ２に移動させ
ることにより、水平方向の走査が可能となる。そのため
に直線移動機構１８が設けられている。

【００４５】３次元入力装置３においては、スリット光
Ｕ１，Ｕ２を投射角度を保って移動させて時刻（時間重
心）ＴＡ，ＴＢを検出する走査に続いて、スリット光Ｕ
３による水平方向の走査を行う。スリット光Ｕ３の長手
方向は垂直方向であり、その投射角度はθＣである。水
平方向の走査においても垂直方向と同様の要領で各画素
ｇ_ijの出力が最大となる時間重心（時刻）ＴＣを求め
る。時間重心ＴＣによって一義的に決まる水平方向の起
点位置と、投射角度θＣと、上述のように垂直方向の起
点位置Ａ，Ｂ及び投射角度θＡ，θＢから求めた距離Ｄ
とから三角測量法を適用して点Ｐの水平方向の位置を算
出することができる。

【００４６】以上の各実施形態によれば、参照光を回転
ミラーなどで偏向するのではなく、起点Ａ，Ｂを直線移
動させることによって副走査を行うので、走査の位置制
御の精度を高めることができる。

【００４７】起点の数は２以上であればよく、起点数を
３以上として三角測量の組合せを増やして演算すること
により、精度を高めてもよい。

【００４８】

【発明の効果】請求項１乃至請求項８の発明によれば、
参照光の入射角度情報によらない３次元入力を実現し、
入射角度情報をえるための演算を不要にするとともに、
投射角度情報と比べて入射角度情報の精度が低い場合に
おける３次元入力データの精度の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る３次元入力装置の機能ブロ
ック図である。

【図２】投射の模式図である。

【図３】距離画像データの生成要領を説明するための図
である。

【図４】メモリ回路の第１例のブロック図である。

【図５】メモリ回路の第２例のブロック図である。

【図６】撮像面における輝度分布と受光データとの関係
を示す図である。

【図７】メモリ回路の第３例のブロック図である。

【図８】図７に係る重心の概念図である。

【図９】投射角度の設定例を示す図である。

【図１０】単一光源の場合の投射角度の切換え方法を示
す図である。

【図１１】第２実施形態に係る３次元入力装置２の概略
図である。

【図１２】第２実施形態に係る３次元入力装置２の機能
ブロック図である。

【図１３】第３実施形態に係る３次元入力装置３の機能
ブロック図である。

【図１４】図１３に係る投射の模式図である。

【符号の説明】

１〜３ ３次元入力装置 Ａ，Ｂ 起点 Ｐ 点（物体上の特定部位） Ｕ１，Ｕ２ 参照光 Ｖ１，Ｖ２ 参照光 ＶＳ 仮想面 ＴＡ，ＴＢ 時刻（サンプリング区画を通過する時点） θＡ，θＢ 投射角度 １０ 投光系 １７ 直線移動機構（副走査機構） ２０ 撮像系 ３７ メモリ回路（信号処理手段） １９３ ミラー（光学部材） １９５ プリズムユニット（光学部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内野 浩志 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA04 BB05 DD03 FF04 FF09 FF44 GG12 GG23 HH05 JJ02 JJ03 JJ05 JJ25 JJ26 LL08 LL19 LL22 LL26 LL46 MM04 MM07 MM13 MM22 MM28 QQ01 QQ04 QQ24 QQ26 QQ27 QQ29 QQ33 QQ42 QQ43 QQ45 SS11 UU01 UU05 UU06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体に向かって仮想面を走査するように参
   照光を投射する３次元入力方法であって、 第１の起点から前記物体に向かって第１の角度で参照光
   を投射するとともに、前記第１の起点と離れた第２の起
   点から前記物体に向かって第２の角度で参照光を投射
   し、 前記第１及び第２の起点を一方向に移動させて前記仮想
   面に対する副走査を行い、 前記第１及び第２の起点のそれぞれについて、前記物体
   で反射した参照光が前記仮想面を細分化した各サンプリ
   ング区画を通過する時点を検出し、 検出した各時点における前記第１及び第２の起点の位置
   と前記第１及び第２の角度とに基づいて、前記各サンプ
   リング区画毎に前記物体の位置を算出することを特徴と
   する３次元入力方法。
2. 【請求項２】物体に向かって仮想面を走査するように参
   照光を投射し、前記物体上の複数の部位の位置を特定す
   る３次元データを出力する３次元入力装置であって、 第１の起点から前記物体に向かって第１の角度で参照光
   を投射するとともに、前記第１の起点と離れた第２の起
   点から前記物体に向かって第２の角度で参照光を投射す
   る投光系と、 前記第１及び第２の起点を一方向に移動させる副走査機
   構と、 物体で反射した参照光を受光して電気信号に変換する撮
   像系と、 前記電気信号に基づいて、前記第１及び第２の起点のそ
   れぞれについて、前記物体で反射した参照光が前記仮想
   面を細分化した各サンプリング区画を通過する時点を検
   出する信号処理手段とを備え、 前記信号処理手段の検出した各時点における前記第１及
   び第２のそれぞれの位置に応じたデータを、前記３次元
   データとして出力することを特徴とする３次元入力装
   置。
3. 【請求項３】前記投光系は、前記第１及び第２の起点の
   それぞれからの投射に個別に用いる２個の光源を有する
   請求項２記載の３次元入力装置。
4. 【請求項４】前記投光系は、参照光を射出する光源と、
   参照光の投射の角度を変更するための光学部材とを有す
   る請求項２記載の３次元入力装置。
5. 【請求項５】前記第１の角度は鋭角であり、前記第２の
   角度は鈍角である請求項２乃至請求項４のいずれかに記
   載の３次元入力装置。
6. 【請求項６】前記第１の角度と前記第２の角度との和は
   １８０度である請求項２乃至請求項５のいずれかに記載
   の３次元入力装置。
7. 【請求項７】前記第１の角度は９０度である請求項２乃
   至請求項６のいずれかに記載の３次元入力装置。
8. 【請求項８】前記参照光はスリット光であり、 前記投光系は、前記仮想面を第１方向に走査するように
   前記参照光を投射するとともに、前記仮想面を前記第１
   方向と直交する第２方向に走査するように前記参照光を
   投射する請求項２乃至請求項７のいずれかに記載の３次
   元入力装置。